JP2018515251A - 画像誘導式生検のための処置中の精度フィードバック - Google Patents

Abstract

器具ガイダンスのためのフィードバックシステムは、リアルタイム画像内の器具を検知し、器具を整列又は誘導するためのフィードバックを検知されたイベントのもとで生成するように構成されたフィードバックガイダンスモジュール１２２を含む。画像生成モジュール１４８は、リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成するように構成される。フィードバックガイダンスモジュールは、リアルタイムに、投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを生成するように構成される。

Description

本開示は、医療撮像に関し、より具体的には、生検処置中にフィードバックを提供するシステム及び方法に関する。

画像誘導式生検処置において、医師は、ライブ画像において直接的に視認可能な、又は以前の画像から転送されて画像融合を使用してライブ画像に重畳されたターゲットへの生検ガンの挿入を誘導するために、リアルタイム映像に頼っている。多くの生検ガンは、バネ仕掛けの機構を有し、これは、発射されると前方に伸びて、ニードルの先端から一定の距離（すなわち、ニードルの「到達距離（ｔｈｒｏｗ）」）だけオフセットした場所から組織サンプルを得る。オペレータは、この距離を推定し、生検ニードルを、意図されたターゲットの近位に、「到達距離」だけオフセットして、ニードルの軌道がターゲットと交差するように位置づける必要がある。ニードルが正しく位置づけられたとオペレータが考えたとき、生検ガンは「発射」されて組織サンプルを得る。ターゲットまでの距離又は生検ニードルの軌道が正しく推定されないと、ターゲットは正確にサンプリングされない。

加えて、ハードウェア追跡技術を使用し、処置前の診察画像を処置中のライブ映像、例えば超音波映像に融合することで、診察画像からの予め同定されたターゲットがライブ映像の空間にマッピング可能である。そのようなシステムの例としては、画像融合誘導式の前立腺がんの生検に使用されるＰｈｉｌｉｐｓ（登録商標）ＵｒｏＮａｖ（商標）システムがある。このシステムにおいては、磁気共鳴（ＭＲ）画像が、経直腸超音波（ＴＲＵＳ）画像にリアルタイムで融合される。疑わしい前立腺がんの病巣は、放射線科医によって、ＭＲ画像上で生検ターゲットとして同定される。これらのターゲットは、通常、ＴＲＵＳ画像からは視認できない。前立腺の生検処置中に、ＭＲ画像は電磁的（ＥＭ）追跡を介してＴＲＵＳ画像と融合される。このようにして、ＭＲターゲットは、ＴＲＵＳ画像にマッピングされ得、従って、表示時にＴＲＵＳ画像を覆うように重畳され得る。このようなガイダンスによって、ユーザは、ＴＲＵＳにおけるターゲットを生検ガンで狙うことができる。

しかしながら、ターゲットがＴＲＵＳを覆うように表示されても、いくつかの理由で、ユーザがターゲットに生検ニードルを正確に命中させられる保証はない。例えば、生検ニードルは通常バネ仕掛けで、ボタンが解除されたときにコア取得部が射出される。ユーザは、発射されるときのニードルの到達距離を考慮して、ニードルをある深さまで挿入するが、ターゲットに近接したままにしなければならない。挿入の深さについてのこの頭の中での推定は間違いがちであり、不正確な挿入の深さの推定の結果、サンプリングされる場所が深すぎたり又は浅すぎたりのいずれかになってしまい、ターゲットから外れてしまう。ターゲットから外れる他の原因は、生検ガイドが屈曲及び／又はシフトしてしまうせいである。このようなことが起こると、ニードルは、スクリーンに表示された生検ガイドラインからずれてしまう。従って、ターゲットを狙うためにユーザが表示されたガイドラインを使用すると、実際のサンプルは目標とされたエリアとは異なるエリアから取得されてしまう。更に別の要因としては、患者の運動又はＴＲＵＳプローブの運動のいずれかに起因する動きがあり得る。ニードルの発射中にそのような動きがあると、ニードルはターゲットから離れた方向に向けられてしまう。

本原理に従って、器具ガイダンスのためのフィードバックシステムは、リアルタイム画像内の器具を検知し、器具を整列又は誘導するためのフィードバックを検知されたイベントのもとで生成するように構成されたフィードバックガイダンスモジュールを含む。画像生成モジュールは、リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成するように構成される。フィードバックガイダンスモジュールは、リアルタイムに、投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを生成するように構成される。

器具ガイダンスのための別のフィードバックシステムは、関心領域についてリアルタイム画像をキャプチャするように構成された撮像システムであって、関心領域は、生検ニードルを含み、生検ニードルは生検ニードルから伸長可能なコア取得部分を有する、撮像システムを含む。ワークステーションは、プロセッサとメモリとを含む。フィードバックガイダンスモジュールは、メモリに記憶され、リアルタイム画像内の生検ニードルを検知し、生検ニードルを整列又は誘導するためのフィードバックを検知されたイベントのもとで生成するように構成される。画像生成モジュールは、生検ニードルの方向誘導のためにリアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成するように構成される。フィードバックガイダンスモジュールは、リアルタイムに、投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に生検ニードルを位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを生成するように構成される。

器具ガイダンスのための方法は、リアルタイム画像内の器具を検知するステップと、リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成し、対象者内の器具のためのパスを示すステップと、検知されたイベントに従って器具を整列又は誘導するためのフィードバックを生成するステップであって、フィードバックは、リアルタイムに、投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを含む、ステップと、を有する。

本開示のこれらの及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面と関連して読まれるべき、その例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示は、以下の図面を参照し、好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提示する。

１つの実施形態に従った、器具ガイダンスのためのフィードバックシステムを図示するブロック／フロー図である。 １つの実施形態に従った、より詳細にフィードバックガイダンスモジュールを図示するブロック／フロー図である。 １つの実施形態に従った、器具の画像検知を図示するブロック／フロー図である。 １つの実施形態に従った、投影された生検ガイドライン及びガイドラインからずれたコア取得投影を伴うニードルを含む画像を図示する図である。 １つの実施形態に従った、投影された生検ガイドラインと整列した器具及びガイドライン上に表示されたコア取得投影を含む画像を図示する図である。 ニードルがターゲットから「良好な」距離に配置された場合、ターゲットに対して「浅すぎる」場合、ターゲットに対して「深すぎる」場合の３つの事例を図示した図である。 ニードルのコア取得部分がターゲットから「良好な」距離に配置された場合、ターゲットに対して「浅すぎる」場合、ターゲットに対して「深すぎる」場合の３つの事例を図示した図である。 １つの実施形態に従った、器具ガイダンスのためのフィードバック方法を図示するブロック／フロー図である。

本原理によれば、生検ニードルとターゲットとの間の空間的関係を判定することによって、生検ガンの発射の前及び後にユーザに対するフィードバックを生むシステム及び方法が提供される。ユーザは、精度を向上させ、更にはより高い成功率を達成するために、必要に応じて対応する動作を行うことが可能であろう。１つの実施形態において、本原理に従ったシステムは、リアルタイム映像においてニードルを検知する画像処理及び分析方法を使用する。システムは、発射の前の生検ガンの望ましい位置を示すために画像に重畳された視覚的フィードバックを提供可能である。これは、ハードウェアベースのデバイス追跡（例えば、電磁的（ＥＭ）追跡、光学的形状感知（ＯＳＳ）など）とともに使用され得る。

このような設定のもとで、検知されたニードルは、予め同定されたターゲットと同一の空間内にマッピングされ得る。従って、ニードルとターゲットとの間の空間的関係が計算され得、それに基づいて、ニードルの発射の前及び後の両方に特定の視覚的又は聴覚性フィードバックがユーザに提供される。本システム及び方法は、処置中の精度フィードバックを、生検ガンの発射の直前及び直後に、ユーザに提供する。フィードバックによって、ユーザは、発射のためにより良好な位置にニードルを調節するか、又はターゲットが既に外れてしまっているなら別のサンプルを取得するかのいずれかを行うことができる。フィードバックは、視覚的、聴覚的でよく、他のフィードバック信号が用いられてもよい。

本発明は、医療器具に関連して説明されるが、本発明の教示はより広く、整列又は作業を伴う任意の画像ベースの技術に適用可能であることが理解されるべきである。いくつかの実施形態において、本原理は、複雑な生物学的システム又は機械的システムの追跡又は解析において用いられる。具体的には、本原理は、生物学的システムの内部追跡処置、及び肺、胃腸管、排出器官、血管などのような、身体の全てのエリア内の処置に適用可能である。図面において描写される要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせにおいて実施されてよく、単一の要素又は複数の要素において組み合わせられ得る機能を提供する。

図面に図示される様々な要素の機能は、専用ハードウェア及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアの使用によって提供され得る。プロセッサによって提供されるとき、それらの機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はその一部が共有され得る複数の個別のプロセッサによって提供され得る。更には、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するリードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置等を黙示的に含み得る。

更には、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにそれらの特定の例を列挙する本明細書における全ての記述は、それらの構造的及び機能的等価物の両方を包含するものと意図される。加えて、そのような等価物は、現在知られている等価物及び将来的に開発される等価物（すなわち、構造にかかわらず同じ機能を行うよう開発される任意の要素）の両方を含むものと意図される。従って、例えば、本明細書において提示されるブロック図は、本発明の原理を具現化する例示的なシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表すことが、当業者によって理解されよう。同様に、任意のフローチャート及びフロー図などは、コンピュータ読み取り可能記憶媒体において実質的に表されてよい、従ってコンピュータ又はプロセッサによって、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に図示されていてもいなくても、実行され得る様々なプロセスを表すことが理解されよう。

更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによる使用のための又はそれらと関連した使用のためのプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取り得る。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによる使用のための又はそれらと関連した使用のためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝搬し、或いは搬送し得る任意の装置であってよい。媒体は、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外線の、又は半導体のシステム（若しくは装置若しくはデバイス）若しくは伝搬媒体であってよい。コンピュータ読み取り可能媒体の例としては、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、剛性の磁気ディスク、及び光ディスクなどがある。光ディスクの現在の例としては、コンパクトディスク−リードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（商標）、及びＤＶＤなどがある。

本明細書における、本原理の「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、及びそれらの他の変形への言及は、その実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造又は特性などが、本原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体の様々な箇所に置いて記載される「１つの実施形態において」又は「一実施形態において」という語句及び任意の他の変形の記載は、必ずしも全てが同一の実施形態を指すものではない。

以下の「／」、「及び／又は」及び「〜のうちの少なくとも１つ」のいずれかの使用は、例えば、「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／又はＢ」及び「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」の場合、１番目に列挙された選択肢（Ａ）のみの選択、２番目に列挙された選択肢（Ｂ）のみの選択、又は両方の選択肢（Ａ及びＢ）の選択を包含するものと意図されることを理解されたい。更なる例として、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」及び「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」の場合、そのような語句は、１番目に列挙された選択肢（Ａ）のみの選択、２番目に列挙された選択肢（Ｂ）のみの選択、３番目に列挙された選択肢（Ｃ）のみの選択、１番目及び２番目に列挙された選択肢（Ａ及びＢ）のみの選択、１番目及び３番目に列挙された選択肢（Ａ及びＣ）のみの選択、２番目及び３番目に列挙された選択肢（Ｂ及びＣ）のみの選択、又は３つの選択肢全て（Ａ及びＢ及びＣ）の選択を包含するものと意図される。当業者には直ちに明らかであろうが、これは、列挙されたアイテムの数だけ拡張されてよい。

層、画像、領域、又は材料などの要素が、別の要素「の上に（ｏｎ）」又は「を覆うように（ｏｖｅｒ）」あると言及された場合、直接的に別の要素の上にあってよく、又は介在する要素が存在してよいことも理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素「の上に直接的に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」又は「を直接的に覆うように（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｖｅｒ）」あると言及された場合、介在する要素は存在しない。また、ある要素が、別の要素に「接続されて（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「結合されて（ｃｏｕｐｌｅｄ）」いると言及された場合、別の要素に直接的に接続又は結合されていてよく、又は介在する要素が存在してよいことも理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素に「直接的に接続されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「直接的に結合されて（ｄｒｅｃｔｌｙ ｃｕｐｌｅｄ）」いると言及された場合、介在する要素は存在しない。

次に、同様の番号が同一の又は類似の要素を表す図面を参照し、先ず図１を参照すると、トリガイベントの前及び後にフィードバックを使用する器具ガイダンスのためのシステム１００が、１つの実施形態に従って例示的に図示される。システム１００は、処置がそこから監督及び／又は管理されるワークステーション又はコンソール１１２を含む。ワークステーション１１２は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサ１１４と、プログラム及びアプリケーションを記憶するためのメモリ１１６とを含む。ワークステーション１１２は、それに統合された撮像システム１１０を含んでよく、又はワークステーション１１２から独立した撮像システム１１０を有してもよい。ワークステーション１１２は、本明細書において説明される機能の代わりに、又はそれらに加えて、他の機能を提供するように構成されてよい。

メモリ１１６は、画像内のオブジェクトを同定及び追跡するように構成されたフィードバックガイダンスアプリケーション又はモジュール１２２を記憶する。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、画像内の器具１０２を検知して、例えば、ライブ映像を使用してニードルの挿入及びニードルの発射を補助するために実行され得る。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、画像内の器具１０２の位置及び向きを判定するように構成された検知モジュール又はアルゴリズム１３６を含む。ライブ映像は、撮像デバイス又はシステム１１０を使用して収集される。撮像システム１１０は、超音波システムを含むが、例えば蛍光透視法などの他の撮像モダリティが用いられてもよい。

フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、ライブ映像のみに誘導される処置及び融合画像（例えば、ライブ画像と記憶された静止／術前画像）を用いる処置を提供する。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、器具１０２がガイドライン（生検ニードルなどのために決定されたパス）からずれていたならば、又は他の記憶された基準によって、視覚的又は可聴式信号警告を提供する。１つの例において、器具１０２は、生検ガンを含む。生検ガンを発射する前に、ディスプレイ１１８は、ガンに装着された生検ニードルの現在の位置及び向きに基づいて、生検コア取得部分の投影された場所を表示し得る。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、ニードルの発射の前及び／又は後に実際の組織サンプル取得エリア図形を生成し、これはディスプレイ１１８に示される画像内に表示され得る。そのような図形は、器具１０２の適切な整列又は位置づけ、及び／又は次のタスクのための再整列又は再位置づけのためのフィードバックとして用いられる。

画像融合誘導式の処置に関しては、検知された器具１０２（例えば、ニードル）を３Ｄ空間（画像１４４）内に空間的にマッピングするために、（センサ１２５（例えば、ＥＭセンサ、光学的形状センサなど）を有した）デバイス追跡システム１２４及び画像レジストレージョンモジュール１２６が用いられる。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、検知された器具１０２に従って、生検コアの場所とターゲットとの間の距離を計算する。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、生検コアとターゲットとの間の距離に基づいて、ユーザに対する視覚的又は可聴式フィードバックのための信号を提供する。生検の例においては、発射の前には、ターゲットがニードル挿入パス上にあるか、及びニードルがターゲットをサンプリングするための正しい深さまで挿入されているかについてのフィードバックが提供される。発射の後には、生検コアが目標とされたエリアから実際に取得されたかについてのフィードバックが提供される。

器具１０２は、発射される生検ニードル、他のニードル、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、バルーンデバイス、又は他の医療コンポーネントなどを含む。

１つの実施形態において、画像生成モジュール１４８は、生検の計画設定を補助するためにオブジェクトを生成するように構成される。画像生成モジュール１４８は、ユーザに視覚的なフィードバックを提供するために、表示されている画像の上に重畳画像（ｏｖｅｒｌａｙ）を生成する。１つの実施形態において、画像生成モジュール１４８によって生検ガイドラインが生成され、ディスプレイ１１８に表示されるリアルタイム画像内に投影される。

フィードバックガイダンスアプリケーション１２２は、生検ニードルの幾何学的寸法（詳細には、ニードルの先端とニードルの生検コア取得部との間の距離）並びにニードルの推定位置及び軌道を使用して、生検ニードルが発射された後で取得されるコアの場所を判定する。これらの特徴は、画像生成モジュール１４８によって生成され、ユーザに対するフィードバックとしてリアルタイム画像内に投影される。別の実施形態において、視覚的フィードバックの代わりに又はそれに加えて音情報が生成される。フィードバックガイダンスアプリケーション１２２から音響的信号を受信して、異なる形態の音響的フィードバックを提供する１つ又は複数のスピーカ１４６が備えられる。例えば、音響的信号の振幅又はその音質が、到達距離領域が接近していること、又は到達距離領域を超えてしまったことを示すために用いられる。別の実施形態において、（ディスプレイ１１８上の）テキスト情報又は（スピーカ１４６における）音響的コマンドが、フィードバックガイダンスアプリケーション１２２によって実施される測定などに基づいた位置をユーザに知らせることによって、同様の機能を提供してもよい。

ワークステーション１１２は、対象者（患者）又はボリューム１３０の内部画像を見るためのディスプレイ１１８を含み、画像生成モジュール１４８によって生成された重畳画像又は他の描画としての画像も含む。ディスプレイ１１８は、ユーザが、ワークステーション１１２並びにそのコンポーネント及び機能と、又はシステム１００内の他の任意の要素と対話することも可能にする。この対話は、ワークステーション１１２からのユーザフィードバック及びワークステーション１１２との対話を可能とするキーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、又は任意の他の周辺装置又は制御装置を含むインターフェース１２０によって更に促進される。

図２を参照すると、フィードバックガイダンスアプリケーション１２２に従ってフィードバックを使用するシステム／方法のためのブロック／フロー図が例示的に図示される。例示的な実施形態は、生検処置のためのニードルを使用して説明される。他の処置のために他の器具も同様に用いられてよいことが理解されるべきである。画像融合ベースでターゲッティングされる生検において、ブロック２０２において、ユーザは、生検のためのターゲットのリストからターゲット（Ｔ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）を選定する。ブロック２０４において、生検ニードルがライブ映像目視ペイン又は画像の目視フィールド内に入ると、画像ベースの検知方法を使用してニードルオブジェクト（Ｏ_{ｎｅｅｄｌｅ}）が検知され得る。例えば、ＥＭ追跡、光学的形状感知などの他の方法が同様に用いられてよい。検知は、連続的に若しくは間欠的に映像を監視することによって自動的に、又はユーザによって手動でのいずれかにより始動されてよい。超音波画像からニードルを検知する例は、図３を参照して説明される。

図３を参照すると、検知プロセス（例えば、検知モジュール１３６のための）は、以下のシステム／方法を有する。ニードルを含む画像３０２（例えば、超音波）が、ニードル検知アルゴリズムに与えられる。画像３０２は、ニードル形状フィルタ３０４によってフィルタリングされる。これは（ニードルのような）筒状の構造を強調し、他の構造を抑制することでフィルタ済み画像３０６を提供する。エッジ検知モジュール３０８は、フィルタ済み画像３０６にエッジ検知を実施して、エッジ検知済み画像３１０内の主な強調エリアを抽出する。次いで、ブロック３１２において、更なる処理のために形態学的画像処理動作が二値エッジ画像３１４に施される。次いで、ブロック３１６において、ハフ変換を用いて処理済み二値画像３１８から全ての線分を抽出する。ブロック３２０において、ニードルである可能性が最も高い線（最も高いニードルスコア）が、最終的な検知結果として選定される。ニードルの先端は、画像３２２内でラベリングされる。ここに説明された検知プロセス及び他の画像処理技術が用いられてよく、プロセスは、他の撮像モダリティ（例えば、蛍光透視法、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴など）を使用したニードル検知に一般化され得る。

再び図２を参照すると、ブロック２０６において、融合によってターゲッティングが誘導される処置において、ターゲットまでの距離を正しく計算するためには、ターゲット及び検知されたニードルが共通の空間（例えば、Ｔ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}３Ｄ空間）内にマッピングされる必要がある。これは、デバイス追跡及び画像レジストレーション技術を使用することで達成され得る。例えば、電磁的（ＥＭ）追跡が、超音波プローブを追跡するために用いられる。再構成された３Ｄ超音波ボリュームを３ＤＭＲボリュームにレジストレーションすることによって、リアルタイムに２Ｄ超音波画像が３ＤＭＲ空間にマッピングされ得る。ターゲットはＭＲ画像から同定されるので、変換チェーンが、２Ｄ超音波画像から検知されたニードルを同一のＭＲ映像空間内にターゲットとしてもたらす。加えて、生検ガイドがどのように撮像デバイスに装着されるかに応じて、生検ガイドの屈曲又はシフトが生じることがある。そのようなイベントが存在すると、ニードルは、撮像機器によって示された生検ガイドラインからずれてしまう。これは図４において例示的に描写される。

ブロック２０８において、システム（１００）は、ターゲットが、検知されたニードルの指す方向にあるかをチェックする。ユーザにフィードバックが提供され、例えば、視覚的又は音響的フィードバックが提供され得る。例えば、現在のターゲットがライン上にあるとき、生検ガイドラインが強調された色に変更され得、又はユーザがニードルを正しい方向に向けていることを確認する音声が再生され得る。

ブロック２１０において、ニードルが正しい方向にあると、システムは引き続いて、発射されたときにニードルのコア取得部が生検ターゲットをカバーするかをチェックする。通常は筒状であるコア取得部の３Ｄ位置が、ニードルの解剖学的構造、ニードルの先端の場所、及びまたニードルの指す方向に基づいて計算される。これは、図５に例示的に描写される。視覚的フィードバックとして、ニードルに沿ってニードルの先端のための望ましい場所にマーカーが置かれ得る。ユーザは、発射のために、このマークされた地点までニードルを挿入する必要がある。代替的には、ニードルが発射地点に近づいているときにビープ音が再生されてもよい。ニードルの先端とその望ましい場所との間の距離を示すために、ビープ音の周波数が使用されてもよい。ブロック２１６において、コア取得がターゲットを外れているというフィードバックが受信されたなら、プロセスは、ブロック２０４に戻り、繰り返される。

ブロック２１２において、ユーザがニードルを望ましい場所まで挿入すると、組織サンプルの取得のためにニードルが発射され得る。ブロック２１４において、ニードルの発射は自動的に検知され得、又は手動で示され得る。自動的検知は、ニードルの長さの急激な増加を探すことによって達成され得、というのは、発射は、システムのフレームレートに応じてライブ映像の１〜３フレームにキャプチャされ得るような非常に高速なものであるからである。発射を検知することで、実際の生検コアとターゲットとの間の距離が、上に説明したものと同様のやり方で計算され得る。生検コアが実際にはターゲットから離れているが、ターゲットをカバーしていないことをシステムが検知したなら、警告信号がスクリーンに表示され、又は警告音声が再生される。従って、ユーザは、生検をチェックし、必要と判断したならば生検をやり直す機会を得る。

図４を参照すると、ニードル３３２のパスが、投影された生検ガイドライン３３４からずれたときにフィードバックを提供する図が図示される。本原理に従った方法は、実際のニードルが投影された生検ガイドライン３３４からずれているかを検知可能である。この情報に基づいて、視覚的又は可聴式フィードバックのいずれかが提供される。ニードルの先端からある距離において、投影されたコア取得領域３３６が示され、ニードル３３２の向きと結合される。

図５を参照すると、検知されたニードルの場所に基づいた発射のためのニードル３４４の推定された最終的な場所が、ライブ又は静止画像を覆うように重畳され得る。このフィードバックによって、ユーザは、発射後にニードル３４４が最終的にどこに止まるかを正確に知ることができる。これは、ユーザ自身の知識及び経験に基づいた単なる仮想的推定よりも正確なガイダンスを提供する。推定された又は投影されたコア取得領域３４６は、ニードル３４４の発射を考慮に入れた適切な距離において、投影された生検ガイドライン３３４上に示される。

図６を参照すると、本原理に従って、生検ニードルの挿入の深さについての視覚的フィードバックの例が図示される。ニードル３５４が検知され、コアサンプルが取得されるニードルからの距離について視覚的フィードバックが提供される。１つ目の事例３５０においては、コア投影３５２は生検されるべきターゲット３５６と良好に一致している。２つ目の事例３６０においては、コア投影３５２は浅すぎる。３つ目の事例３７０においては、コア投影３５２は深すぎる。本システム及び方法は、生検ニードルとターゲットとの間の空間的関係を判定することによって、生検ガンの発射の前及び後にユーザにフィードバックを提供する。これは、精度を向上させ、より高い成功率を達成するために、ユーザが適切な行動をとることを可能にする。

図７を参照すると、別の実施形態に従った、生検ニードルの挿入の深さについての視覚的フィードバックの例が図示される。ニードル３５４は、事例３５０、３６０及び３７０に対する視覚的フィードバックとしてコア取得部分３８０の描画を含む。

図８を参照すると、器具ガイダンスのための方法が例示的に図示される。ブロック４０２において、器具は、リアルタイム画像内に挿入され、検知される。リアルタイム画像は超音波画像を含むが、例えば蛍光透視画像などの他のリアルタイム画像が用いられてもよい。器具は、画像内の器具の位置を判定するための検知アルゴリズムを使用して検知される。

ブロック４０４において、対象者内の器具のためのパスを示すために、投影されたガイドラインが画像内に生成される。ブロック４０６において、器具は更に前進させられ、又は、必要があれば、ガイドラインに従うように対象者内で狙いを定められる。器具は、ブロック４０２において、部分的に又は完全に挿入されてよい。部分的に挿入された場合は、器具はここで更に前進させられる。

ブロック４０８において、検知されたイベントに従って、器具を整列又は誘導するためのフィードバックが生成される。フィードバックは、リアルタイムに、投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的及び／又は視覚的フィードバックを含む。音響的及び視覚的フィードバックは、例えば、ディスプレイ上の警告、音声、音声の周波数における変化、投影されたガイドラインにおける変化などを含む。検知されたイベントは、投影されたパスからの器具のズレ、ターゲットへの近接、関心エリアにおける投影されたコア取得領域の表示、及び／又は生検ニードルを発射した後に関心エリアから取得された実際のコアの領域の表示を含む。

ブロック４１０において、フィードバックに従って、器具の軌道が変更される。整列が達成されるまで、フィードバック及び軌道の変更は継続する。

ブロック４１１において、画像内に、処置に固有の投影が生成される。例えば、器具は、コア取得部分のための到達距離を有する生検ニードルを含む。ブロック４１２において、視覚的フィードバックとして、表示された画像内に到達距離を表す投影された領域が生成される。ブロック４１４において、投影された領域が画像内に位置づけられる。

ブロック４１６において、器具イベントが実施される。例えば、サンプルを収集するためにニードルが発射される。

ブロック４１７において、イベント後投影が生成される。ブロック４１８において、対象者から取得されたコアを表すコア投影領域が生成される。ブロック４２０において、コア投影領域が画像内でターゲット上に位置づけられる。

ブロック４２２において、処置（例えば、コアの取得）の適切さについて判断される。適切であったなら停止し、適切でなかったならブロック４０４に戻る。

説明されたように、ニードルを発射する前に、（発射されていない）ニードルの先端が検知され、その時点でニードルが発射された場合の生検コアの場所を推定するために到達距離が加えられる。ターゲットをサンプリングするためにニードルが正しく位置づけられているかについてのフィードバックが提供される。発射の後に、（発射された）ニードルの先端が検知され、組織が実際にはどこでサンプリングされたかを推定するために（コア取得部分とニードルの先端との間の）デッドゾーンが減算される。ターゲットが正しくサンプリングされたか、又は再サンプリングが必要であるか、についてのフィードバックが提供される。

添付の特許請求の範囲を解釈する際に、以下のことが理解されるべきである。
ａ）「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、与えられた請求項に列挙されたもの以外の他の要素又は動作の存在を排除しない。
ｂ）ある要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という語は、そのような要素が複数存在することを排除しない。
ｃ）特許請求の範囲における任意の参照符号はそれらの範囲を限定しない。
ｄ）いくつかの「手段（ｍｅａｎｓ）」は、同一のアイテム、ハードウェア又はソフトウェアにより実施される構造若しくは機能によって表現され得る。
ｅ）特に示されない限り、動作の特定の順序が必要とされることは意図されない。

（例示的であって、限定ではないことが意図される）画像誘導式生検のための処置中の精度フィードバックについて好ましい実施形態を説明したが、上述の教示に照らして、当業者によって修正及び変形がなされ得ることに留意されたい。従って、開示される開示の特定の実施形態において、添付の特許請求の範囲によって概略が記された本明細書において開示される実施形態の範囲内の変更がなされ得ることを理解されたい。このように、特に特許法で必要とされる詳細が説明されたが、特許請求され、特許証によって保護されることが望まれるものは、添付の特許請求の範囲に記載される。

Claims (20)

1. 器具ガイダンスのためのフィードバックシステムであって、前記フィードバックシステムは、
   リアルタイム画像内の器具を検知し、前記器具を整列又は誘導するためのフィードバックを検知されたイベントのもとで生成するフィードバックガイダンスモジュールと、
   前記リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成する画像生成モジュールと
   を備え、
   前記フィードバックガイダンスモジュールは、リアルタイムに、前記投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に前記器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを生成する、フィードバックシステム。
2. 前記音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの前記少なくとも１つは、ディスプレイ上の警告、音声、音声の周波数における変化、及び／又は前記投影されたガイドラインにおける変化を含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
3. 前記検知されたイベントは、投影されたパスからの前記器具のズレを含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
4. 前記器具は生検ニードルを含み、前記検知されたイベントはターゲットへの近接を含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
5. 前記器具は生検ニードルを含み、前記音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの前記少なくとも１つは、前記関心エリアにおける投影されたコア取得領域の表示を含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
6. 前記器具は生検ニードルを含み、前記音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの前記少なくとも１つは、前記生検ニードルを発射した後に前記関心エリアから取得された実際のコアの領域の表示を含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
7. 前記フィードバックガイダンスモジュールは、前記リアルタイム画像内の前記器具の位置を判定するための器具検知アルゴリズムを含む、請求項１に記載のフィードバックシステム。
8. 器具ガイダンスのためのフィードバックシステムであって、前記フィードバックシステムは、
   関心領域についてリアルタイム画像をキャプチャする撮像システムであって、前記関心領域は、生検ニードルを含み、前記生検ニードルは前記生検ニードルから伸長可能なコア取得部分を有する、撮像システムと、
   プロセッサ及びメモリを備えるワークステーションとを備え、前記ワークステーションは、
   前記メモリに記憶され、前記リアルタイム画像内の前記生検ニードルを検知し、前記生検ニードルを整列又は誘導するためのフィードバックを検知されたイベントのもとで生成するフィードバックガイダンスモジュールと、
   前記生検ニードルの方向誘導のために前記リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成する画像生成モジュールと
   を備え、
   前記フィードバックガイダンスモジュールは、リアルタイムに、前記投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に前記生検ニードルを位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを生成する、フィードバックシステム。
9. 前記音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの前記少なくとも１つは、ディスプレイ上の警告、音声、音声の周波数における変化、及び／又は前記投影されたガイドラインにおける変化を含む、請求項８に記載のフィードバックシステム。
10. 前記検知されたイベントは、投影されたパスからの前記生検ニードルのズレ、ターゲットへの近接、前記関心エリアにおける投影されたコア取得領域の表示、及び／又は前記生検ニードルを発射した後に前記関心エリアから取得された実際のコアの領域の表示のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のフィードバックシステム。
11. 前記フィードバックガイダンスモジュールは、前記リアルタイム画像内の前記生検ニードルの位置を判定するための検知アルゴリズムを含む、請求項８に記載のフィードバックシステム。
12. 器具ガイダンスのための方法であって、前記方法は、
    リアルタイム画像内の器具を検知するステップと、
    前記リアルタイム画像内に、投影されたガイドラインを生成し、対象者内の前記器具のためのパスを示すステップと、
    検知されたイベントに従って前記器具を整列又は誘導するためのフィードバックを生成するステップであって、前記フィードバックは、リアルタイムに、前記投影されたガイドラインに対して、関心エリア内に前記器具を位置づけるときにユーザにガイダンスを提供するための音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの少なくとも１つを含む、ステップと
    を有する、方法。
13. 前記音響的フィードバック及び視覚的フィードバックのうちの前記少なくとも１つは、ディスプレイ上の警告、音声、音声の周波数における変化、及び／又は前記投影されたガイドラインにおける変化を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記検知されたイベントは、投影されたパスからの前記器具のズレ、ターゲットへの近接、前記関心エリアにおける投影されたコア取得領域の表示、及び／又は生検ニードルを発射した後に前記関心エリアから取得された実際のコアの領域の表示を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記フィードバックに従って、前記器具の軌道を変更するステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。
16. 前記器具は、コア取得部分のための到達距離を有する生検ニードルを含み、前記方法は、
    前記到達距離を表す投影された領域を生成するステップと、
    前記リアルタイム画像内に前記投影された領域を位置づけるステップと
    を更に有する、請求項１２に記載の方法。
17. サンプルを収集するために前記生検ニードルを発射するステップを更に有する、請求項１６に記載の方法。
18. 取得されたコアを表すコア投影領域を生成するステップと、
    前記リアルタイム画像内でターゲット上に前記コア投影領域を位置づけるステップと
    を更に有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記器具を検知するステップは、前記リアルタイム画像内の前記器具の位置を判定するための検知アルゴリズムを用いるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
20. 前記投影されたガイドラインに対して前記対象者内の前記器具を更に前進させるステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。

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